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IGCT应用讲义 刘文华 清华大学电机系FACTS研究所 2006年9月 主要内容 1. IGCT在电压源逆变器中的应用 2. 门极单元的应用 3. 外部重触发 4. IGCT的串联运行 5. IGCT在50MVA STATCOM中的应用 6. IGCT功能仿真模型及应用 7. IGCT异常故障及关断故障机理 (SPEC：Prof.Huang） 1 IGCT在电压源逆变器中的应用－设计准则 典型电压源逆变器 设计准则 反并联二极管的关断di/dt限制 最小开通时间和最小开通时间 最大器件电压 箝位过冲电压 下次开通前回0 箝位二极管电流 下次开通前回0 一般设计：tBD＝10-15us 参数设计 杂散LCL电感的影响 RS的影响 RS越大，箝位二极管能越快截止； RS越大，VDM越大； 应根据实际试验结果确认。 LI2的影响 LI2越大，VDM越大，箝位二极管截止时间越长； 应尽可能减小LI2 CCL的影响 箝位二极管的影响 箝位二极管开通正向电压VFR随开通di/dt增大而增大，影响IGCT关断第一个尖峰； 耐压等级越高的二极管VFR越大； 尽量减小箝位二极管支路的杂散电感。 2 门极单元的应用－门极驱动电源 直流供电：VDC= 交流供电： 方波幅值， 起动限流：交流供电的IGCT内部有限流和稳压电路；直流电源供电的IGCT内部没有供电电源限流电路，必须由直流电源完成其输出限流。 IGCT消耗驱动功率：与开关频率、关断电流及占空比有关 门极驱动电源 门极驱动电源上电过程中要确保接受脉冲的光纤处于不发光状态（对应IGCT关断状态）。门极单元上电5秒后才能接收驱动脉冲。 （最好先上控制电，再上驱动电源）。 控制电源上电、下电过程中要确保先封锁驱动脉冲，否则光强的不足会导致门极驱动单元产生高频脉冲，损坏门极驱动。 门极驱动电源 光纤及信号接口 HFBR1521/2521；HFBR1528/2528。 需注意驱动距离，防止驱动不足。 开通和关断信号延迟：3uS左右； 无门极返回信号IGCT的诊断：设计外加返回信号； IGCT自身需： 3. 重触发 在任何电压源逆变器中，当续流二极管导通时都可能引起门阴极负偏压。在处于门阴极负偏压情况下时将会发生：1）门极的损耗增加；2）门极电流只流过GCT的阳极，而不流过其阴极；3）当电流由负电流（续流情况）向正方向过零点时，在GCT进入栓住（Latching）状态前，阳阴极电压就开始上升（趋于关断）。 在ABB的IGCT门极单元设计中加入了re-trigger设计：它1）检测门阴极电压极性VGK；2）当处于VGK负极性时减小门极电流；3) 当VGK?重新变为正向时，自动重新施加一个开通信号（Internal Re-Trigger）。这个内部re-trigger设计可以处理电流变化率小于50A/us的情况，如果IGCT处于续流状态或低电流导通状态(low anode current conduction , quiescent mode)时，有较大的di/dt的电流重复施加在IGCT上时，需要施加一个外部的重触发信号(External Re-trigger)。 IGCT在导通大于LATCHING电流的电流时，可以承受大的di/dt，不需重触发。 外部重触发 A和C：电流上升前足够大，不需重触发，可以承受大的di/dt； B：电流上升率过大，之前电流太小，在t1处需要外部重触发； D：电流上升率小，内部重触发足够。 外部重触发方法 在导通的光纤驱动信号中插入宽度为tretrig的低电平； tretrig见参数文件； tretrig太小会被忽略，太大会导致关断； 外部重触发的时刻 应该如上图施加外部重触发，使大的di/dt发生在B段； 一般大的di/dt由另一个IGCT的开通引起，可与之同步施加外部重触发。 需要外部重触发的实例 开始时电流沿实线流，V4和V3导通，V2截止； 接着V4关断，死区时间后V2开通，电流开始沿虚线走； V2开通时V3和V4的反并联二极管都流过反向恢复电流，如果V4D反恢复电流大于V3D的，则V3需承担部分正向电流，此电流di/dt大，V3需外部重触发，否则V3上会产生1-2uS/高达2kV的脉冲电压。 有RC吸收电路时，更需只需分析需要外部重触发的情况。 4. IGCT的串联运行 由于硬驱动特性，IGCT存储时间小到1us左右，只需小的吸收电路即可实现串联运行。 开通过程 采用RC或RCD吸收后，开通过程器件的均压只需考虑驱动脉冲的时延； 开